ORGANIZAÇÃO E ARQUITETURA DE COMPUTADORES-uea

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Arquitetura e Organização de 
Computadores 
 
 
 
 
 
 
 
 Governador do Estado do Amazonas 
 José Melo 
 
 Universidade do Estado do Amazonas - UEA 
Reitor Cleinaldo de Almeida Costa 
Vice-Reitor Mario Augusto Bessa de Figueiredo 
Pró-Reitor de Administração Wladimir Leite Correia Filho 
Pró-Reitor de Extensão e Assuntos 
Comunitários 
 André Luiz Tannus Dutra 
Pró-Reitor de Graduação Luciano Balbino dos Santos 
Pró-Reitora de Interiorização Samara Barbosa de Meneses 
Pró-Reitora de Planejamento Glaucia Maria de Araújo Ribeiro 
Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-
Graduação 
 Valteir Martins 
 
 
Curso Licenciatura em Computação – Humaitá 
Coordenador Marcelo Carvalho Tavares 
Disciplina Arquitetura e Organização de Computadores 
Professora Luiz Sérgio de Oliveira Barbosa 
 
 Pró-Inovalab – Itacoatiara 
Coordenador Marcelo Carvalho Tavares 
Design Instrucional João da Mata Libório Filho 
Designer Raimundo Nonato Nunes do Nascimento 
Bolsista Luis Paulo da Silva Lima 
Bolsista Gustavo Simão Rabelo 
Bolsista Lennon Simões Azevedo 
Bolsista Alessandro da Silva Silveira 
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 3 
 
Sumário 
 
APRESENTAÇÃO ................................................................................................................................ 6 
CAPÍTULO 1 ......................................................................................................................................... 7 
INTRODUÇÃO A ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES ......................................................... 7 
1.1 Breve histórico dos computadores .......................................................................................... 8 
1.1.2 computadores Mecânicos ................................................................................................. 8 
1.1.3 Computadores Eletrônicos Analógicos ......................................................................... 11 
1.1.4 Computadores Eletrônicos Digitais ................................................................................ 12 
1.1.5 Computadores com Transistores ................................................................................... 13 
1.1.6 Computadores com Circuito Integrado ......................................................................... 14 
1.1.7 Computadores com Micro Chips .................................................................................... 15 
1.1.8 Computadores atuais ....................................................................................................... 16 
1.1.9 Classificação dos Computadores: ................................................................................. 16 
1.2 Capacidade de armazenamento de dados .......................................................................... 18 
1.3 O computador e seus componentes (Parte Física e Parte Lógica) ............................. 20 
1.3.1 Hardware ........................................................................................................................... 20 
1.3.2 Processador ...................................................................................................................... 20 
1.3.3 Memória ............................................................................................................................. 21 
1.3.4 A Placa-Mãe ...................................................................................................................... 21 
1.3.5 Software ............................................................................................................................. 22 
CAPÍTULO 2 ....................................................................................................................................... 24 
COMPONENTES DE FLUXO DE DADOS..................................................................................... 24 
2.1 Processamento e Armazenamento de Dados ............................................................... 24 
2.2 Fases do Processamento de Dados: .............................................................................. 25 
CAPÍTULO 3 ....................................................................................................................................... 25 
BARRAMENTOS ................................................................................................................................ 25 
3.1 Sistemas de Barramento ........................................................................................................ 26 
3.1.1 Funções do Barramento ...................................................................................................... 26 
3.2 Hierarquias de Barramentos .................................................................................................. 27 
3.3 Tipos de Barramentos ............................................................................................................. 27 
Barramento do Processador ..................................................................................................... 27 
Barramento de Cache ................................................................................................................ 28 
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 4 
 
Barramento de Memória ............................................................................................................ 28 
Barramento de Entrada e Saída .............................................................................................. 28 
Barramento de Dados ................................................................................................................ 29 
3.3.1 Taxas de Transferência ................................................................................................... 29 
CAPÍTULO 4 ....................................................................................................................................... 31 
MEMÓRIA ............................................................................................................................................ 31 
4.1 Sistemas de Memória.............................................................................................................. 32 
4.2 Tipos de Memória .................................................................................................................... 33 
RAM e DRAM .................................................................................................................................. 33 
DIP e SIMM ..................................................................................................................................... 34 
FPM e EDO ..................................................................................................................................... 34 
DIMM e SDRAM ............................................................................................................................. 35 
RIMM e PC100 ............................................................................................................................... 35 
DDR, DDR2 e DDR3 ...................................................................................................................... 36 
4.3 Hierarquia de Memória............................................................................................................ 37 
4.4 Memória Cache e Memória Virtual ........................................................................................ 39 
4.5 Organização das Caches ....................................................................................................... 39 
Mapeamento Direto .................................................................................................................... 39 
Totalmente associativa ..............................................................................................................40 
Associatividade por Conjunto (N-Way) ................................................................................... 41 
4.6 Mapeamento de memória cache ........................................................................................... 41 
CAPÍTULO 5 ....................................................................................................................................... 42 
5.1 Dispositivos e Controladoras de Entrada/Saída ................................................................. 43 
5.2 Métodos de Entrada e Saída ................................................................................................. 47 
CAPÍTULO 6 ....................................................................................................................................... 52 
CPU ...................................................................................................................................................... 52 
6.1 Unidade aritmética e lógica .................................................................................................... 53 
6.2 Unidade de controle e microprogramação ........................................................................... 54 
6.3 Execução de Instruções ......................................................................................................... 58 
6.4 Ciclo de execução de uma Instrução .................................................................................... 60 
6.5 Interrupções .............................................................................................................................. 60 
6.6 Pipeline ...................................................................................................................................... 61 
6.7 Operandos ................................................................................................................................ 63 
6.8 Modo de Endereçamento ....................................................................................................... 64 
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CAPÍTULO 7 ....................................................................................................................................... 65 
PROCESSADORES .......................................................................................................................... 65 
7.1 CISC........................................................................................................................................... 65 
7.2 RISC........................................................................................................................................... 66 
Comparação ................................................................................................................................... 69 
7.3 Máquinas Superescalares ...................................................................................................... 69 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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APRESENTAÇÃO 
 
Prezado Aluno! 
 
Você está iniciando mais uma etapa do Curso Licenciatura em Computação 
da Universidade do Estado do Amazonas (UEA). O componente curricular 
“Arquitetura e Organização de Computadores” é importante para sua formação, pois 
aborda temas relevantes sobre o estudo da estrutura funcional e organizacional de 
um sistema computacional. Todas as áreas da Ciência da Computação baseiam-se 
no processamento de informações que por sua vez são realizados por meio de 
operações básicas, mas que são utilizadas na implementação de poderosos e 
complexos sistemas computacionais. 
O conteúdo deste componente curricular contempla todo o material 
necessário ao suporte para o seu aprendizado. Neste formato, a disciplina 
Arquitetura e Organização de computadores foi elaborada pensando numa leitura 
rápida e dinâmica, abordando o centro de cada conteúdo, explanado em aulas bem 
objetivas. 
Para uma melhor compreensão, o conteúdo deste componente curricular está 
estruturado em tópicos e sub-tópicos. Este material disponibilizará o conhecimento 
básico necessário ao entendimento da operação do hardware dos computadores. 
Esta disciplina é composta por sete tópicos de acordo com a ementa e estão 
assim distribuídos: Tópico 1: Introdução a Organização de Computadores, Tópico 2: 
Componentes de fluxo de dados, Tópico 3: Barramentos, Tópico 4: Memória, Tópcio 
5: Dispositivos de Entrada e Saída, Tópico 6: CPU, Tópico 7: Processadores. 
Portanto, será necessário que você se empenhe em ler o conteúdo e durante este 
processo seja capaz de identificar os pontos principais de cada um destes tópicos. 
Vale ressaltar que os temas aqui mencionados e trabalhados em sala de aula, 
necessitam para uma melhor compreensão e assimilação, separa um tempo para as 
leituras complementares do material que ficará disponível no Ambiente Virtual de 
Aprendizagem (AVA UEA), bem como a dedicação na resolução dos exercícios 
propostos. 
O Autor 
LUIZ SÉRGIO DE OLIVEIRA BARBOSA 
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CAPÍTULO 1 
INTRODUÇÃO A ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES 
 
Visão geral 
 
Arquitetura de Computadores: refere-se aos atributos de um sistema que são 
visíveis para o programador, ou seja, que têm impacto direto sobre a execução 
lógica de um programa: 
 conjunto de instruções 
 Número de bits usados para representar dados 
 Mecanismos de E/S 
 Técnicas de endereçamento de memória 
Organização de Computadores: refere-se às unidades operacionais e suas 
interconexões que implementam as especificações da sua arquitetura: 
 Sinais de controle 
 Interfaces com periféricos 
 Tecnologia de memória 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Por exemplo, vamos imaginar uma determinada instrução. Implementar ou não a 
instrução é uma decisão de projeto da arquitetura do computador. Por outro lado, a 
 
Elemento Gerador 
das Informações 
Unidade de 
Memória 
Elemento Receptor 
das Informações 
Computador 
Sistema de Computador 
Unidade Central 
de Processamento Unidade de Saída 
de Dados 
Unidade de 
Entrada de Dados 
Microprocessador 
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forma de implementação constitui uma decisão do projeto de organização do 
computador. Ou seja, a organização é projetada para implementar uma 
especificação particular de arquitetura. 
Embora tenham ocorrido revolucionárias transformações na área de Eletrônica, o 
microcomputador de hoje ainda mantém a mesma concepção funcional dos 
primeiros computadores eletrônicos. Tal concepção, conhecida como Arquitetura de 
Von Neumann, é definida da seguinte forma: 
Uma unidade central de processamento recebe informações através de uma 
unidade de entrada de dados, processa estas informações segundo as 
especificações de um programa armazenado em uma unidade de memória, e 
devolve os resultados através de uma unidade de saída de dados. 
 
 
1.1 Breve histórico dos computadores 
 
A história da informática confunde-se com a própria história humana, concebendo-a 
como sendo a ciência da informação. 
 
 
 
 
 
 
 
Os primeiros instrumentos que o ser humano utilizou para facilitar os cálculos foram 
os dedos das mãos, essa ferramenta era suficiente para a época, pois as operações 
aritméticas a serem efetuadas eram muito simples. 
 
1.1.2 computadores Mecânicos 
 
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 9 
 
2600 a.c  alguns pesquisadores consideram Stonehenge o 1° computador feito 
pelo homem, trata-se de um monumento paleolítico constituído de menires de 3 a 
metros de altura situado na Grã-bretanha;2000 a.c  O ábaco é o nome genérico atribuído aos contadores em geral utilizado 
no oriente; 
 Era feito inicialmente de conchas e seixos e evoluiu para contas móveis que se 
movimentam em hastes. 
 
 
 
 
 
 
 
1621  O matemático inglês William Outgred inventa a régua de cálculo; 
1623  Wilhem Schilkard começa a construção da 1ª máquina de calcular; 
1642/1647  O francês Blaise Pascal, utilizando sua máquina conhecida como 
pascalina, conseguia somar e subtrair por meio de engrenagens mecânicas; 
1801  O matemático francês Joseph Marie consegue armazenar informações em 
placas perfuradas para controle de máquinas de tecelagem, o fato gerou grande 
temor de desemprego, por ser considerada uma máquina pré-automação. 
 
 
 
 
 
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 10 
 
1820  Uma máquina de calcular idealizada pelo francês Charles Thomas vende 
mais de 1500 unidades, foi o 1° sucesso comercial nesse setor. 
 
1822  O inglês Charles Babbage anuncia sua máquina diferencial, mas o motor 
analítico do computador era composto por engrenagens que não possuíam a 
precisão adequada, não funcionou de forma satisfatória; 
 
Babbage, sabendo que precisava de um software para o motor, contrata a 1ª 
programadora do mundo, Ada Lovelace; 
 
1854  George Boole estabelece os princípios binários que seriam utilizados 
posteriormente como base pra o estudo de lógica matemática; 
 
 1880  Hermann Hollerith, baseado nas ideias de Babbage e Joseph, constrói uma 
máquina de tabulação chamada “tabuladora” a qual foi usada no censo norte-
americano; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 11 
 
1896  Hermann funda a Tabulating Machine Company; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1911  Hermann associa-se a outras empresas e a Tabulating Machine Company 
passa a ser dirigida por Tomas Watson; 
 
1924  Nasce a IBM ( International Business Machine), resultado da associação de 
Hermann e Watson. 
1.1.3 Computadores Eletrônicos Analógicos 
 
Esses computadores eletrônicos utilizavam válvulas que eram ligadas por kms de 
fios, com a invenção da válvula eletrônica foi possível realizar operações aritméticas 
por meio de circuitos eletrônicos; 
 
 
 
 
 
 
 
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1931  O 1° computador analógico é construído pelo MIT (Massachustts Institute of 
Technology); 
1937  IBM fabricou o 1° computador eletromecânico, o MARK I; 
 
1.1.4 Computadores Eletrônicos Digitais 
 
1939  O 1° computador eletrônico digital, é apresentado pelo professor de 
matemática John Atanasoft, o 1° a usar válvula para os circuitos lógicos, mas sua 
construção foi abandonada em 1942; 
 
1943  A Inglaterra constrói dez computadores COLOSSUS I, esse equipamento 
eletrônico digital a válvulas, foi utilizado para decifrar códigos militares dos alemães; 
 
1946  O ENIAC (Eletronic Numeric Integrator Analyser and Calculator) foi 
apresentado como o 1° grande computador eletrônico, ocupava quase 200 metros 
quadrados, pesava 30 toneladas e utilizava 18 mil válvulas, 10 mil capacitores e 
milhares de relés e resistores, conseguia 5 mil adições por segundo; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ENIAC 
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 13 
 
1950  John Von Neuman, Arthur Burks e Hermn Goldstine desenvolvem a lógica 
dos circuitos, conceitos de programas e operações por números binários utilizados 
até hoje; 
1951  O UNIVAC I, 1° computador a utilizar os conceitos de Von Neuman, é 
produzido em escala comercial, pesava 5 toneladas e ocupava 20 metros 
quadrados; 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVAC I 
 
1959  Fim dos computadores pioneiros ou de 1ª geração, baseados em válvulas; 
Características da 1ª Geração: 
 Circuitos eletrônicos e válvulas; 
 Uso restrito; 
 Precisava ser reprogramado a cada tarefa; 
 Grande consumo de energia; 
 Problemas devido a muito aquecimento. 
1.1.5 Computadores com Transistores 
 
 A 2ª geração dos computadores se deu entre as décadas de 50 e 60, onde o grande 
avanço foi a substituição das válvulas pelos transistores, seu tamanho era 100 vezes 
menor que o da válvula. 
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 Transistores IBM 1401 
 
Características da 2ª Geração: 
 Início do uso comercial; 
 Grande ganho em velocidade, tamanho e custo; 
 As linguagens utilizadas Fortran, COBOL ou ALGOL; 
 Consumia menos energia, era mais rápido e confiável; 
 Processamento em microssegundos. 
 
1.1.6 Computadores com Circuito Integrado 
 
A terceira geração se deu nas décadas de 60 e 70, os transistores foram 
substituídos pela tecnologia de circuitos integrados (associação de transistores em 
pequena placa de silício). 
 
 
 
 
 
 
 
 Circuitos Integrados IBM 360 
 
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Características da 3ª geração: 
 Diminuição do tamanho; 
 Maior capacidade de processamento em nanossegundos; 
 Início dos computadores pessoais; 
 Baixo consumo de energia; 
 Mais confiáveis, compactos e menor custo. 
 
1.1.7 Computadores com Micro Chips 
 
A 4ª geração se estende desde a década de 70 até os dias atuais, onde se teve uma 
otimização da tecnologia já existente, surgem os micros chips ou processadores. 
 
 
 
 
 
 
 
Micro Chips Computador Pessoal 
 
Características da 4ª Geração: 
 Surgem os softwares integrados; 
 Processadores de texto; 
 Planilhas eletrônicas; 
 Supercomputadores; 
 Automação comercial e industrial; 
 Robótica; 
 Era on line. 
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1.1.8 Computadores atuais 
 
Os computadores da quinta geração usam processadores com milhões de 
transistores. Nesta geração surgiram as arquiteturas de 64 bits, os processadores 
que utilizam tecnologias RISC e CISC, discos rígidos com capacidade superior a 
600GB, pen-drives com mais de 1GB de memória e utilização de disco ótico com 
mais de 50GB de armazenamento. 
A quinta geração está sendo marcada pela inteligência artificial e por sua 
conectividade. A inteligência artificial pode ser verificada em jogos e robores ao 
conseguir desafiar a inteligência humana. A conectividade é cada vez mais um 
requisito das indústrias de computadores. Hoje em dia, queremos que nossos 
computadores se conectem ao celular, a televisão e a muitos outros dispositivos 
como geladeira e câmeras de segurança. 
 
Características da 5ª Geração: 
 O nascimento da Inteligência Artificial; 
 Reconhecimento de voz; 
 Sistemas inteligentes; 
 Computação Distribuída; 
 Computação nas Nuvens (Cloud Computing); 
 Computação Móvel; 
 Computação Ubíqua (presença direta das tecnologias na vida das pessoas, 
em casa ou em convívio social); 
 Realidade Aumentada. 
 
1.1.9 Classificação dos Computadores: 
 
 Quanto à característica de operação; 
 Quanto ao porte (tamanho); 
 Quanto à característica de construção. 
 
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 Quanto a Característica de Operação 
Analógicos  São computadores que processam sinais elétricos variáveis, 
aplicados a problemas de controle de processos, sua precisão e velocidade são 
menores que a dos computadores digitais. 
Digitais  Representam tanto a programação como os dadospor meio de dígitos, 
através de ( 0 e 1), sua velocidade é medida em megahertz. 
Quanto ao Porte - Tamanho 
 Mainframes (Computadores de Grande Porte) 
Manipulam grande quantidade de informações atendendo vários usuários ao 
mesmo tempo, especialmente voltados a aplicações comerciais, v=10 mips. 
 Supercomputadores 
Utilização em laboratórios de pesquisa, centros militares de inteligência artificial, 
muito rápido, avalia-se o desempenho através de instruções executadas por 
segundo, v=100 mips. 
 Minicomputadores 
Possuem alguns dos recursos de um mainframe, tem um bom processamento 
e equipam laboratórios de empresas de desenvolvimento e centros de 
estudos. 
 Microcomputadores 
São máquinas voltadas para o uso de pequenas empresas, escolas e uso 
doméstico, são divididos em duas categorias: mesa (desktops e portáteis 
(notebooks). 
 
 
 
 
 
 
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Quanto a Característica de Construção 
 
Os computadores são agrupados em geração, de acordo com a alteração da 
tecnologia: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.2 Capacidade de armazenamento de dados 
 
Em Computação é muito importante considerar a capacidade de armazenamento, já 
que quando se faz algo no computador, trabalha-se com arquivos que podem ser 
guardados para uso posterior. Evidentemente, quando se armazena algo, isto ocupa 
um certo espaço de armazenamento. 
 
Assim como a água é medida em litros ou o açúcar é medido em quilos, os dados de 
um computador são medidos em bits e bytes. Cada valor do código binário foi 
denominado "bit" (binary digit), que é a menor unidade de informação. 
Cada conjunto de 8 bits forma o byte, o qual corresponde a um caracter, seguindo o 
código binário. 
 
1 0 0 1 0 1 1 0 
 
Por que 1 Kb equivale a 1024 bytes? 
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No caso do quilo e de outras medidas de nosso dia a dia, a estrutura numérica é 
construída sobre a base 10. O termo quilo representa a milhar constituída de alguma 
coisa. Nossa base de trabalho numérica, sendo 10, faz com que, quando a base é 
elevada à terceira potência, atinja a milhar exatamente com 1000 unidades. 
Mas, quando falamos em bytes, grupos de bits, não estamos falando em base 10, 
mas sim em uma estrutura fundamentada no código binário, ou seja, na base 2, nos 
2 modos que o computador detecta, geralmente chamados de 0 e 1. 
 
Assim, quando queremos um quilo de bytes, temos que elevar essa base a algum 
número inteiro, até conseguir atingir a milhar. 
 
Mas não há número inteiro possível que atinja exatamente o valor 1.000. Então, ao 
elevarmos a base 2 à décima potência, teremos 1024. 
 
Com esse raciocínio agora podemos entender a seguinte tabela: 
 
Medida Sigla Caracteres 
Byte 20 1 (8 bits) 1 byte 
Kilobyte KB 210 1.024 1.024 bytes 
Megabyte MB 220 1.048.576 1.024 KBytes 
Gigabyte GB 230 1.073.741.824 1.024 MBytes 
Terabyte TB 240 1.099.511.627.776 1.024 GBytes 
Pentabyte PB 250 1.125.899.906.842.624 1.024 TBytes 
Hexabyte HB 260 1.152.921.504.606.846.976 1.024 PBytes 
Yotabyte YB 280 1.208.925.819.614.630.000.000.000 1.024 Hexabyte 
 
Neste caso, concluímos que, por exemplo, quando se diz que um disco rígido tem 
capacidade de armazenamento de 4,3 Gb, são armazenados aproximadamente 4 
milhões e 500 mil caracteres. 
 
 
 
 
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1.3 O computador e seus componentes (Parte Física e Parte Lógica) 
1.3.1 Hardware 
 
Hardware é um termo em inglês que não tem uma tradução específica, deriva da 
palavra hard em inglês, que significa duro. É usado para definir todos os 
componentes físicos (mecânicos, magnéticos e eletrônicos) de um computador, ou 
seja, a máquina propriamente dita. O hardware de um computador pode ser dividido 
basicamente em quatro categorias: processador, placa-mãe, memória e dispositivos 
de entrada e saída. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.3.2 Processador 
 
O processador, também chamado de Unidade Central de Processamento (UCP), 
do inglês Central Processing Unit (CPU), é o principal componente eletrônico de um 
computador. Ele fica acoplado na placa-mãe e é o responsável pela execução, com 
auxílio da memória e dos dispositivos de entrada e saída, de todas as operações no 
computador. Pode ser considerado o “cérebro” do computador. 
 
 
 
 
 
Processador da Intel Processador da AMD 
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1.3.3 Memória 
A memória do computador é formada por todos os dispositivos que são utilizados 
para armazenar dados e instruções, seja de forma temporária ou permanente. Pode-
se dizer que depois do processador, a parte mais importante de um computador é a 
sua memória. Há diversos dispositivos submetidos a uma hierarquia formando a 
memória do computador, mas para se ter uma visão inicial simplificada, é possível 
dividi-los em dois grandes grupos principais: a memória principal e a memória 
secundária. 
A memória principal é aquela que é acessada diretamente pelo processador e 
armazena os dados de forma eletrônica. Apresenta alta velocidade e baixa 
capacidade de armazenamento. É formada pela memória RAM (do inglês Random 
Access Memory, que significa “memória de acesso aleatório”), que armazena as 
informações que são utilizadas no trabalho do processador; e pela memória ROM 
(Read Only Memory, “memória somente para leitura”), que armazena as instruções 
de inicialização do computador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Memória principal Memória secundária 
 
1.3.4 A Placa-Mãe 
A placa-mãe, do inglês motherboard, também chamada mainboard (inglês para 
“placa principal”), é a principal placa do computador, responsável pela interconexão 
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de todos os dispositivos que o compõem. Se o processador é o “cérebro” do 
computador, pode-se comparar a placa-mãe a um “sistema nervoso”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Placa-Mãe 
 
1.3.5 Software 
Para que serviriam todos os circuitos eletrônicos de um computador se não fosse 
possível fazer nada com eles? Se não receber ordem para realizar alguma atividade, 
o computador não passa de algumas luzes acesas e circuitos pelos quais passam 
corrente elétrica. A princípio, os componentes eletrônicos do computador eram 
operados manualmente, o que era extremamente trabalhoso. Depois, criou-se uma 
forma de instruí-los a realizar determinada tarefa quando esta lhes fosse solicitada, 
facilitando o manuseio do computador. Eis que surgiu então o software. 
Em contraposição ao hardware, que são os equipamentos, o software, ou 
programa, é a parte lógica do computador, ou seja, o conjunto de dados e instruções 
passadas para os componentes físicos de um computador para que ele possa 
executar determinada tarefa, para a qual o software foi projetado. 
Software, assim como hardware, é um termo em inglês que não tem tradução, 
derivando da palavra soft em inglês, que significa “mole”. Esse termo surgiu na 
verdade como uma gíria da informática, sendo usado para distinguir os 
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componentes físicos do computador, as “ferragens” nas quais podemos tocar, dos 
componentes lógicos do computador, os programas, os quais não podem ser 
tocados. 
A função do software é facilitar a interação dos usuários com os componentes físicos 
do computador, transformando-o em algo realmente útil. Existe um programa para 
cada tarefa que se deseja executar utilizando o computador. Para que um 
computador seja capaz de editar textos, por exemplo, deve possuir um programa 
editor de textos. Para queele seja capaz de reproduzir um DVD, deve possuir um 
programa reprodutor de mídias. Para acessar sites na Internet, é utilizado um 
navegador, e assim por diante. 
Nem todos os programas de computador, no entanto, realizam tarefas específicas. 
Estes são os chamados aplicativos. Há programas com funções mais gerais. 
Há o software operacional (também chamado de sistema operacional) que é o 
software responsável por operacionalizar o computador, ou seja, torná-lo 
operacional. Ele gerencia a comunicação entre todos os seus componentes (entre 
hardware e software, entre um aplicativo e outro), e entre estes e o usuário, de 
forma a tornar o computador uma máquina funcional, capaz de “atender ordens”. Ele 
também dispõe de recursos para tornar mais fácil a comunicação entre o usuário e o 
computador, como a interface gráfica. 
Há também o BIOS (do inglês Basic Input/Output System, sistema básico de entrada 
e saída), que é o primeiro programa a ser executado quando o computador é ligado. 
Ele reconhece os componentes de hardware instalados, verifica se todos estão 
funcionando e passa o comando do computador ao sistema operacional, provendo a 
este informações sobre o hardware da máquina. 
Podemos então classificar o software de um computador em dois grupos, diferentes 
entre si quanto à importância que eles possuem para o funcionamento da máquina e 
a sua utilidade: básicos e aplicativos. 
Os softwares básicos de um computador são aqueles essenciais ao seu 
funcionamento, como o sistema operacional, o BIOS e os programas fornecidos pelo 
fabricante junto com a máquina. Já os softwares aplicativos, ou simplesmente 
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 24 
 
aplicativos, são desenvolvidos para auxiliar o usuário na execução de alguma tarefa 
ou na obtenção da solução para algum problema, ou seja, são softwares 
desenvolvidos para uma aplicação específica. Quase todos os programas que não 
são softwares básicos são softwares aplicativos. 
CAPÍTULO 2 
COMPONENTES DE FLUXO DE DADOS 
 
O computador transforma dados em informação, através do hardware (parte física) e 
do software (parte lógica) que são os componentes responsáveis pelo 
processamento destes dados, transformando-o saída de informações. 
 
2.1 Processamento e Armazenamento de Dados 
Computador  É uma máquina capaz de realizar os mais difíceis cálculos, bem 
como processar as mais difíceis informações a partir de dados nele introduzidos, 
para se obter um resultado rápido e eficaz. 
 
Informação  É um conjunto de dados que transforma uma condição, situação, 
fatos, ou seja, é matéria-prima com que o computador trabalha. 
 
Dados  É o elemento básico da informação, é um registro da informação, qualquer 
elemento que sirva de ponto de partida para uma decisão, cálculo ou medida, os 
dados ao serem processados dão lugar à informação que é o resultado de 
processamento de dados. Exemplo: o nome de um funcionário, a quantidade de 
horas trabalhadas, quantidade de peças em estoque. 
 
 
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EXEMPLO: o nome de um funcionário, a quantidade de horas trabalhadas, 
quantidade de peças em estoque. 
 
 
Exemplo de Tipos de Dados 
 
2.2 Fases do Processamento de Dados: 
 
 
 
 
 
 
 
Entrada  É atividade de reunir e coletar dados brutos (dados não trabalhados). 
Processamento  Envolve a conversão e a transformação de dados brutos em 
dados úteis. 
Saída  Envolve a produção da informação útil, geralmente em forma de 
documentos ou relatórios. 
CAPÍTULO 3 
BARRAMENTOS 
 
DADOS 
ENTRADA 
O PROCESSO DE 
TRANFORMAÇÃO 
PROCESSAMENTO 
INFORMAÇÃO 
SAÍDA 
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Barramento é um conjunto de linhas de comunicação que permitem a interligação 
entre dispositivos, como a CPU, a memória e outros periféricos. São as linhas de 
transmissão que transmitem as informações entre o processador, memória e todos 
os demais periféricos do computador. 
Praticamente todos os componentes de um computador, como processadores, 
memórias, placas de vídeo e diversos outros, são conectados à placa-mãe a partir 
do que chamamos de barramento. Sem entrar em termos técnicos, ele é o encaixe 
de que cada peça precisa para funcionar corretamente. 
Há barramentos específicos para praticamente todos os componentes conectados 
ao sistema, geralmente em siglas muito conhecidas pelos usuários, mas que não 
são atreladas diretamente à função que realizam. Confira abaixo alguns tópicos 
interessantes sobre barramentos. 
3.1 Sistemas de Barramento 
Em Arquitetura de Computadores, um barramento é um conjunto de linhas de 
comunicação (condutor elétrico ou fibra ótica) que permitem a interligação entre 
dispositivos de um sistema de computação (CPU; Memória Principal; HD e outros 
periféricos), ou entre vários sistemas de computação. 
O desempenho do barramento é medido pela sua largura de banda (quantidade de 
bits que podem ser transmitidos ao mesmo tempo), geralmente potências de dois: 
 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, etc. 
Também pela velocidade da transmissão medida em bps (bits por segundo) por 
exemplo: 
 10 bps, 160 Kbps, 100 Mbps, 1 Gbps etc. 
3.1.1 Funções do Barramento 
Existem 3 funções distintas nos barramentos: 
 Comunicação de Dados: função de transporte dos dados. Tipo bidirecional; 
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 27 
 
 Comunicação de Endereços: função de indicar endereço de memória dos 
dados que o processador deve retirar ou enviar. Tipo unidirecional, e; 
 Comunicação de Controle: função que controla as ações dos barramentos 
anteriores. Controla solicitações e confirmações. Tipo bidirecional. 
3.2 Hierarquias de Barramentos 
 Quanto maior o número de dispositivos conectados maior o comprimento do 
barramento 
 Assim maior o atraso na propagação dos sinais 
 Esse atraso define o tempo para que um dispositivo obtenha o controle do 
barramento 
 O atraso pode comprometer o desempenho 
 O barramento pode se tornar um gargalo quando a demanda de dados se 
aproxima da sua capacidade de transmissão 
 Aumentar a largura do barramento soluciona o problema mas amplia o 
espaço ocupado pelos dispositivos 
 Outra alternativa é ampliar a velocidade de transferência, contudo nem todos 
dispositivos podem trabalhar e altas velocidades 
 A solução é criar uma hierarquia de barramentos 
 Num sistema hierárquico de barramentos existem vários níveis de barramento 
divididos pela prioridade e velocidade 
 Estes se níveis se comunicam através de interfaces 
 
3.3 Tipos de Barramentos 
Na arquitetura de computadores são categorizados em: 
Barramento do Processador 
É utilizado pelo processador internamente e para envio de sinais para outros 
componentes do sistema computacional. 
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 28 
 
Atualmente, os barramentos dos processadores (os de transferência de dados) têm 
sido bastante aprimorados com o objetivo de maior velocidade de processamentos 
de dados. 
Barramento de Cache 
É o barramento dedicado para acesso à memória cache do computador, memória 
estática de alto desempenho localizada próximo ao processador. 
Barramento de Memória 
É o barramento responsável pela conexão da memória principal ao processador. É 
um barramento de alta velocidade que varia de micro para micro e atualmente gira 
em torno de 133 MHz a 1600 MHz, como nas memórias do tipo DDR3. 
Barramento de Entrada e Saída 
É o barramento I/O (ou E/S), responsável pela comunicação das diversas interfaces 
e periféricos ligados à placa-mãe, possibilitando a instalação de novas placas, os 
mais conhecidos são: PCI, AGP e USB. 
Os periféricosnão se conectam diretamente ao barramento de sistema devido: 
 Há uma larga variedade de periféricos com vários métodos de operação 
sendo inviável incorporar diversas lógicas de controle dentro do 
processador... 
 A taxa de transferência de dados dos periféricos é normalmente mais baixa 
do que a da memória do processador sendo inviável usar o barramento de 
alta-velocidade para comunicação com periférico. 
 Os periféricos usam normalmente formatos de dados e tamanhos de palavras 
diferentes dos do computador a que estão agarrados. 
Permitem a conexão de dispositivos como: 
 Placa gráfica; Rede; Placa de Som; Mouse; Teclado; Modem; etc. 
São exemplos de Barramentos de Entrada e Saída: 
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 29 
 
 AGP; AMR; EISA; IrDA; ISA; MCA; PCI; PCI-e; Pipeline; SCSI; VESA; USB, e; 
PS/2. 
Barramento de Dados 
É o barramento Data Bus, responsável por transportar informação da instrução 
(através do código de operação), variável do processamento (cálculo intermediário 
de uma fórmula por exemplo) ou informação de um periférico de E/S (dado digitado 
em um teclado). O tamanho da via de dados determina respectivamente o máximo 
número de instruções (e portanto o potencial de processamento) e a precisão do 
processamento aritmético (através do cálculo de ponto flutuante) ou o número de 
símbolos possíveis a ser representado (por exemplo, pontos de uma foto). 
Exemplo: 
 1) O processador 8085 possui 8 bits no barramento → máximo de 256 
instruções e variáveis numéricas entre -128 a +127 (ou 0 a 255). 
 2) O processador Pentium IV possui 32 bits no barramento→ variáveis 
numéricas entre - 2147483648 e + 2147483647. 
 O tamanho do barramento de dados está ligado à capacidade de 
processamento do sistema. Se o processamento é simples (como o controle 
booleano de um CLP) 8 bits são suficientes. Por outro lado, se há a 
necessidade de um processamento complexo (como os sistemas de 
multimídia onde há a necessidade de processarmos milhões de pontos de 
imagem) processamento de até 128 bits já estão disponíveis. Obviamente 
existe a necessidade de aumentar igualmente a velocidade do sistema pois a 
"paciência" do usuário é a mesma ao ligar uma lâmpada ou processar uma 
imagem fotográfica. 
3.3.1 Taxas de Transferência 
O principal fator que determina o desempenho de um barramento é a sua taxa de 
transferência. A mesma é obtida através de cálculos com base nas características 
do barramento, sendo elas: 
 Clock (relógio) 
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 Largura 
 Transferências por ciclo de clock 
A fórmula teórica para calcular a frequência máxima de transmissão é: 
 taxa de transferência → nº de bits x clock total x nº de dados transmitidos por 
clock / 8 
 
 
 
 
 
 
Barramentos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Barramento de memória 
 
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 31 
 
CAPÍTULO 4 
MEMÓRIA 
 
Existem em um microcomputador dois tipos de memória: 
Memória Principal ou Primária 
É um conjunto de chips que acumulam as informações enquanto estão sendo 
processadas, cuja ação se restringe ao tempo em que o micro estiver ligado. A 
memória RAM é vendida na forma de pequenas placas chamadas “pentes” 
Memória RAM 
RAM significa memória de acesso aleatório, ou seja, o computador altera seu 
conteúdo constantemente, como a memória RAM não grava os dados de forma 
permanente, seu conteúdo é esvaziado quando desligamos o computador, sem 
chance de recuperação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplos de Memória RAM 
 
Memória Auxiliar ou Secundária 
É aquela usada para gravar os dados física e permanentemente, uma vez gravados 
os dados em qualquer tipo de memória auxiliar, os mesmos não serão perdidos caso 
o micro seja desligado. 
MEMÓRIA PRINCIPAL IMAGEM
MEMÓRIA RAM DO TIPO
DIMM DE 168 PINOS
(DUAL IN-LINE MEMORY MODULE)
MEMÓRIA RAM DO TIPO
SIMM DE 30 PINOS
(SINGLE IN-LINE MEMORY MODULE)
MEMÓRIA RAM DO TIPO 
RIMM DE 168 PINOS
(RAMBUS IN-LINE MEMORY MODULE)
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 32 
 
Memória ROM 
A memória ROM (read only memory) mantém informações básicas sobre o hardware 
do computador, gravada fisicamente em um chip pelo fabricante do micro. 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplos de Memória Secundária 
 
4.1 Sistemas de Memória 
 
A memória principal, também chamada de memória real, são memórias que 
o processador pode endereçar diretamente, sem as quais o computador não pode 
funcionar. Estas fornecem geralmente uma ponte para as secundárias, mas a sua 
função principal é a de conter a informação necessária para o processador num 
determinado momento; esta informação pode ser, por exemplo, os programas em 
execução. 
 
Nas memórias externas, basicamente se referem aos dispositivos de 
armazenamento periféricos, como discos ópticos e fitas magnéticas, que são 
acessados através dos controladores de E/S. 
 
Existem outros tipos de memórias internas, assim como os registradores do 
processador, memória principal cache. Quando falamos deste tipo de memória, 
estamos falando uma capacidade pequena em relação a externas, já que tem uma 
capacidade em bytes (1 byte = 8 bits) ou palavras, normalmente atingindo 8, 16, 32 
bits. Quanto a unidade de transferência, geralmente é igual ao número de linhas 
MEMÓRIA SECUNDÁRIA IMAGEM
HARD DISK (HD)
DVD
CD
MEMÓRIA USB
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 33 
 
elétricas para dentro e para fora do módulo de memória, podendo ser igual ao 
tamanho da palavra, mas normalmente é maior, como 64, 128 e 256 bytes. 
 
4.2 Tipos de Memória 
 
ROM Read Only Memory (gravada de fábrica - permanente); 
PROM  Programable ROM (pode ser gravada uma única vez pelo usuário, através 
de equipamentos especiais); 
EPROM  Erasable PROM (pode ser apagada através de raios ultravioletas); 
EEPROM  Electrical EPROM (pode ser apagada através de sinais elétricos); 
Memória Flash  é uma memória que pode ser utilizada como apenas de leitura ou 
como de leitura e gravação, dependendo do driver utilizado. Geralmente é utilizada 
como um disco em pastilhas (chips), SSD - Solid State Disk. 
RAM e DRAM 
Foi em algum ponto na década de 50 que surgiram as primeiras ideias de criar uma 
Memória de Acesso Aleatório (RAM). Apesar disso, nosso papo começa em 1966, 
ano que foi marcado pela criação da memória DRAM (invenção do Dr. Robert 
Dennard) e pelo lançamento de uma calculadora Toshiba que já armazenava dados 
temporariamente. 
A DRAM (Memória de Acesso Aleatório Dinâmico) é o padrão de memória que 
perdura até hoje, mas para chegar aos atuais módulos, a história teve grandes 
reviravoltas. Em 1970, a Intel lançou sua primeira memória DRAM, porém, o projeto 
não era de autoria da fabricante e apresentou diversos problemas. No mesmo ano, a 
Intel lançou a memória DRAM 1103, que foi disponibilizada para o comércio “geral” 
(que na época era composto por grandes empresas). 
A partir da metade da década de 70, a memória DRAM foi definida como padrão 
mundial, dominando mais de 70% do mercado. Nesse ponto da história, a DRAM já 
havia evoluído consideravelmente e tinha os conceitos básicos que são usados nas 
memórias atuais. 
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 34 
 
DIP e SIMM 
Antes da chegada dos antiquíssimos 286, os computadores usam chips DIP. Esse 
tipo de memória vinha embutido na placa-mãe e servia para auxiliar o processador e 
armazenar uma quantidade muito pequena de dados. 
Foi com a popularização dos computadores e o surgimento da onda de PCs 
(Computadores Pessoais) que houve um salto no tipo de memória. Num primeiroinstante, as fabricantes adotaram o padrão SIMM, que era muito parecido com os 
produtos atuais, mas que trazia chips de memória em apenas um dos lados do 
módulo. 
 
 
 
Memória SIMM de 256 KB 
FPM e EDO 
A tecnologia FPM (Fast Page Mode) foi utilizada para desenvolver algumas 
memórias do padrão SIMM. Módulos com essa tecnologia podiam armazenar 
incríveis 256 kbytes. Basicamente, o diferencial dessa memória era a possibilidade 
de escrever ou ler múltiplos dados de uma linha sucessivamente. 
 
 
Memória EDO 
As memórias com tecnologia EDO apareceram em 1995, trazendo um aumento de 
desempenho de 5% se comparadas às que utilizavam a tecnologia FPM. A 
tecnologia EDO (Extended Data Out) era quase idêntica à FPM, exceto que 
possibilitava iniciar um novo ciclo de dados antes que os dados de saída do anterior 
fossem enviados para outros componentes. 
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 35 
 
DIMM e SDRAM 
Quando as fabricantes notaram que o padrão SIMM já não era o suficiente para 
comportar a quantidade de dados requisitados pelos processadores, foi necessário 
migrar para um novo padrão: o DIMM. A diferença básica é que com os módulos 
DIMM havia chips de memórias instalados dos dois lados (ou a possibilidade de 
instalar tais chips), o que poderia aumentar a quantidade de memória total de um 
único módulo. 
 
 
 
 
 
Memória EDO 
Outra mudança que chegou com as DIMMs e causou impacto no desempenho dos 
computadores foi a alteração na transmissão de dados, que aumentou de 32 para 64 
bits. O padrão DIMM foi o mais apropriado para o desenvolvimento de diversos 
outros padrões, assim surgiram diversos tipos de memórias baseados no DIMM, 
mas com ordenação (e número) de pinos e características diferentes. 
Com a evolução das DIMMs, as memórias SDRAM foram adotadas por padrão, 
deixando para trás o padrão DRAM. As SDRAMs são diferentes, pois têm os dados 
sincronizados com o barramento do sistema. Isso quer dizer que a memória aguarda 
por um pulso de sinal antes de responder. Com isso, ela pode operar em conjunto 
com os demais dispositivos e, em consequência, ter velocidade consideravelmente 
superior. 
RIMM e PC100 
Pouco depois do padrão DIMM, apareceram as memórias RIMM. Muito 
semelhantes, as RIMM se diferenciavam basicamente pela ordenação e formato dos 
pinos. Houve certo incentivo por parte da Intel para a utilização de memórias RIMM, 
no entanto, o padrão não tinha grandes chances de prospectiva e foi abandonado 
ainda em 2001. 
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 36 
 
As memórias RIMM ainda apareceram no Nintendo 64 e no Playstation 2 – o que 
comprova que elas tinham grande capacidade para determinadas atividades. Ocorre 
que, no entanto, o padrão não conseguiu acompanhar a evolução que ocorreu com 
as memórias DIMM. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Memória PC133 e EDO 
 
O padrão PC100 (que era uma memória SDR SDRAM) surgiu na mesma época em 
que as memórias RIMM estavam no auge. Esse padrão foi criado pela JEDEC, 
empresa que posteriormente definiu como seria o DDR. A partir do PC100, as 
fabricantes começaram a dar atenção ao quesito frequência. Posteriormente, o 
sufixo PC serviu para indicar a largura de banda das memórias (como no caso de 
memórias PC3200 que tinham largura de 3200 MB/s). 
 
DDR, DDR2 e DDR3 
Depois de mais de 30 anos de história, muitos padrões e tecnologias, finalmente 
chegamos aos tipos de memórias presentes nos computadores atuais. No começo, 
eram as memórias DDR, que operavam com frequências de até 200 MHz. Apesar de 
esse ser o clock efetivo nos chips, o valor usado pelo barramento do sistema é de 
apenas metade, ou seja, 100 MHz. 
Assim, fica claro que a frequência do BUS não duplica, o que ocorre é que o dobro 
de dados transita simultaneamente. Aliás, a sigla DDR significa Double Data Rate, 
que significa Dupla Taxa de Transferência. Para entender como a taxa de 
transferência aumenta em duas vezes, basta realizar o cálculo: 
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 37 
 
Do padrão DDR para o DDR2 foi um pulo fácil. Bastou adicionar alguns circuitos 
para que a taxa de dados dobrasse novamente. Além do aumento na largura de 
banda, o padrão DDR2 veio para economizar energia e reduzir as temperaturas. As 
memórias DDR2 mais avançadas alcançam clocks de até 1.300 MHz (frequência 
DDR), ou seja, 650 MHz real. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Memórias DDR1 
 
4.3 Hierarquia de Memória 
 
O termo Hierarquia de memória se refere a uma classificação de tipos de memória 
em função de desempenho. Essa classificação geralmente segue duas dimensões: 
tamanho e velocidade de acesso, sendo tradicionalmente representada por uma 
pirâmide. 
 
Para o correto e eficaz funcionamento da manipulação das informações (instruções 
de um programa e dados) de e para a memória de um computador, verifica-se a 
necessidade de se ter, em um mesmo computador, diferentes tipos de memória. 
Para certas atividades, por exemplo, é fundamental que a transferência de 
informações seja a mais rápida possível. É o caso das atividades realizadas 
internamente no processador central, onde a velocidade é primordial, porém a 
quantidade de bits a ser manipulada é muito pequena (em geral, corresponde à 
quantidade de bits necessária para representar um único valor - um único dado). 
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 38 
 
Isso caracteriza um tipo de memória diferente, por exemplo, daquele em que a 
capacidade da memória (disponibilidade de espaço para guardar informações) é 
mais importante que a sua velocidade de transferência. 
Ainda em relação ao tipo de alta velocidade e pequena quantidade de bits 
armazenáveis, que se usa na CPU, existem variações decorrentes do tipo de 
tecnologia utilizada na fabricação da memória. 
Devido a essa grande variedade de tipos de memória, não é possível implementar 
um sistema de computação com uma única memória. Na realidade, há muitas 
memórias no computador, as quais se interligam de forma bem estruturada, 
constituindo um sistema em si, parte do sistema global de computação, podendo ser 
denominado subsistema de memória. 
Esse subsistema é projetado de modo que seus componentes sejam organizados 
hierarquicamente, conforme mostrado na estrutura em forma de pirâmide da figura 
abaixo. 
A pirâmide em questão é projetada com uma base larga, que simboliza a elevada 
capacidade, o tempo de uso e o custo do componente que a representa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Hierarquia de Memória 
 
É comum representar-se a hierarquia de memória de um computador por uma 
pirâmide. A variação crescente dos valores de certos parâmetros que caracterizam 
um tipo de memória pode ser mostrado no formato inclinado de uma pirâmide. 
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4.4 Memória Cache e Memória Virtual 
 
Memória cache ou simplesmente cache é usado para armazenar dados 
acessados com frequência, a fim de acessar rapidamente os dados sempre que for 
necessário. Ambos são conceitualmente a mesma coisa, porém diferem 
principalmente em matéria de execução, que resulta em diferentes aspectos, como 
velocidade e controle de mecanismo. 
 
Memória virtual é usada para ocultar a informação da memória física real do 
sistema. Estende-se a memória disponível do computador, armazenando as partes 
inativas do conteúdo RAM em um disco. Memória virtual cria uma ilusão de que um 
usuário tem um ou mais espaços de endereços contíguos que começam com 
endereço zero. 
Memória Cache armazena os dados desses endereços da memória principal 
que são usados várias vezes. Ele pode estar disponível como uma parte reservada 
da memória principalou existir como um dispositivo de armazenamento de alta 
velocidade independente. Memória cache pode ser acessada em um ritmo muito 
rápido do que em comparação com a memória principal normal. 
 
Diferença entre memória virtual e cache. Memória virtual é uma abstração da 
memória principal. Estende-se a memória disponível do computador, armazenando 
as partes inativas do conteúdo em um disco RAM. 
4.5 Organização das Caches 
 
Memórias cache são fisicamente organizadas através de linhas ou blocos de dados 
que podem organizados em conjuntos (sets). Essas formas de organização são 
descritas abaixo: 
 
Mapeamento Direto 
 
No mapeamento direto, cada bloco da memória principal é mapeado para uma linha 
do cache, cada linha da cache possui 3 campos, índice(ou linha), tag e o endereço 
da palavra. O tag é usado para validar se a linha procurada é a mesma que está na 
cache. O índice serve como um endereço da cache, apontado aonde pode estar a 
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linha procurada. O endereço da palavra são os bits menos significativos que 
identificam uma palavra dentro de um bloco da memória Principal. No início do 
mapeamento, cada bloco da memória principal tem sua linha exclusiva mapeada na 
cache. Este mapeamento é facilmente implementado. Tudo começa com o endereço 
da Memória Principal. Através deste endereço, para o acesso a cache, deve se 
identificar os três campos citados acima. Para achar o End da palavra, é necessário 
fazer uma simples conta de logaritmo, tendo em base a quantidade de bytes por 
linha da cache. LOG2 Nr bytes. Para achar o índice, deve levar em conta o número 
de linhas que possui a cache, fazendo o mesmo cálculo de logaritmo: LOG2 Na 
Linhas O restante será designado a tal. 
Suponhamos, em um exemplo que o endereço da linha seja de 32 bits, e a cache 
possui 1024 linhas com 64 Bytes cada linha. Log2 64 = 6 bits para End. Log2 1024 = 
10 bits para índice. 32-(10+6) =16 bits para tal. 
 
Na operação de leitura, a CPU envia um endereço de 32 bits para o circuito de 
controle da cache que já identifica os campos para começar a pesquisa nas linhas. 
Inicialmente começando pelo índice, onde a busca ocorre para tentar achar a linha 
desejada. Após, o próximo passo é comparar os valores da tal do endereço com o 
valor da tal da linha. Se forem iguais, em seguida, a palavra que está na linha (6 
últimos bits) é transferida pra CPU. Caso os valores das estas não forem iguais, isso 
significa que a linha desejada pela CPU não está na cache, portanto é buscada na 
Memória Principal e transferida para a mesma linha, substituindo-a. 
Totalmente associativa 
No mapeamento direto, cada linha da memória principal tinha um lugar exclusivo na 
memória cache. Já no mapeamento associativo não, aqui, cada linha da MP pode 
ser carregada em qualquer lugar da cache. Neste modo haverá apenas dois 
campos. A tal e o end da palavra. Estes dois campos têm as mesmas funções dos 
dois campos do mapeamento direto. Porém o campo tal terá uma quantidade de bits 
maior. No mapeamento associativo, para verificar se a linha está na cache, é 
comparado a tag de cada linha na cache com a tag do endereço apresentado pela 
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 41 
 
CPU. Se achou, então os bytes da palavra são transferidos para a CPU, caso 
contrário, busca-se o endereço na MP e guarda na cache. 
Associatividade por Conjunto (N-Way) 
Este tipo de organização intercala as vantagens dos outros dois mapeamentos 
citados acima, acabando com a comparação exaustiva dos campos tag (causado no 
mapeamento totalmente associativo) e o problema de conflito de endereços por uma 
mesma linha na cache (causado no mapeamento direto). Neste caso, a cache nada 
mais é do que uma serie de conjuntos, constituídos por uma série de linhas em cada 
conjunto. A sigla N-Way significa quantos conjuntos tem a cache, onde N é a 
quantidade de conjuntos. 
Cada linha da memória principal pode ser armazenada em qualquer linha de um 
conjunto especifico. O conjunto é determinado pelo endereço, que é dividido em 3 
campos: TAG, Nr do conjunto e o End da palavra. Dado um endereço a cache para 
leitura, ela separa os endereço nesses três campos. O primeiro campo a ser 
analisado é o Nr do conjunto, que define em qual conjunto a linha vai ser 
pesquisada. Após, o campo TAG é comparado com todas as linhas deste conjunto 
para achar a linha desejada. 
4.6 Mapeamento de memória cache 
Mapeamento direto: Do Inglês: "Direct Mapped". Cada palavra deve ser 
armazenada em um lugar específico na cache, o qual depende do seu endereço na 
memória principal. Normalmente utiliza-se a seguinte fórmula para mapeamento da 
cache: 
Endereço na cache = (endereço na MP) MOD (tamanho da cache) 
O endereço é dividido em duas partes: Tag e Índice. 
 O Índice é usado como endereço na cache. Indica a posição da cache onde 
pode estar armazenada a palavra. 
 O Tag é usado para conferir se a palavra que está na cache é a que está 
sendo procurada, uma vez que endereços diferentes, com o mesmo índice 
serão mapeados sempre para a mesma posição da cache. 
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 Vantagens: 
o Não há necessidade de algoritmo de substituição. 
o Hardware simples e de baixo custo. 
o Alta velocidade de operação. 
 Desvantagens: 
o Desempenho cai se acessos consecutivos são feitos a palavras de 
mesmo índice. 
o Hit ratio inferior ao de caches com mapeamento associativo. 
CAPÍTULO 5 
 
DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA 
 
Chamamos de dispositivos de entrada e saída aos dispositivos encarregados de 
incorporar e extrair informação de um computador. Eles se enquadram dentro da 
denominada Arquitetura de Von Neumann, que explica as principais partes de um 
computador. Estes dispositivos evoluíram com o tempo, existindo na atualidade 
muitas variantes que no início da informática pareciam impossíveis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5.1 Dispositivos e Controladoras de Entrada/Saída 
 
 
As unidades de e/s constituem de um componente eletrônico e um mecânico. O 
elemento eletrônico é chamado de controlador de dispositivo ou adaptador. Nos 
computadores pessoais, o controlador de dispositivo aparece em forma de uma 
placa de circuito impresso. Nessa placa, tem um conector que pode ser plugado 
outros dispositivos. (Se for uma interface padrão, entre o dispositivo e o controlador), 
ou seja, deve ter uma interface baixa entre o controlador e um dispositivo. 
 Cada controlador de dispositivo tem seus registradores. Esses registradores 
são usados para comunicar com a CPU. Por meio da escrita nesses 
registradores do controlador de dispositivo, o S.O pode comandar o 
dispositivo para aceitar, executar, desligar. 
 A partir da escrita nesses registradores, o S.O pode saber o estado de um 
dispositivo, se ele está apto a receber um novo comando, etc. Além dos 
registradores, os dispositivos têm buffers, no qual o S.O lê e escreve. 
 
Hardware: 
 Dispositivos de Entrada; 
 Dispositivos de Saída; 
 Dispositivos de Entrada/Saída (Mistos); 
 Dispositivos de Armazenamento. 
 
Dispositivos de Entrada 
 Os dispositivos de entrada permitem a comunicação no sentido do utilizador 
para o computador onde o utilizador pode controlar ou mesmo interagir com 
este. 
 
 
 
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Exemplos: 
 Teclados - Os teclados são dispositivos que permitem digitar dados ou 
instruções para o computador. 
 
 
 
 
 
 
 
Mouses - Permitem deslocar no ecrã o ponteiro e realizar a introdução de ordens 
para o computador, atravésda emissão de sinais eléctricos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JoyStick - Os joysticks são dispositivos utilizados essencialmente para jogar, no 
entanto podem assumir uma grande variedade de formas e funções, podendo 
controlar uma aplicação multimídia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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TouchPads - Os Touchpads são dispositivos que substituem os ratos nos portáteis. 
A maioria dos atuais têm quase todas as funções que podem ser desempenhadas 
pelos mouses. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dispositivos de Saída 
 Os dispositivos de saída permitem a comunicação no sentido do computador 
para o utilizador. 
Exemplos: 
 Monitores - Os monitores são dispositivos que constituem o principal meio de 
comunicação entre o computador e o utilizador. Apresentando várias 
características diferentes, como, as dimensões, resolução e frequência. 
 
 
 
 
 
 
Placas Gráficas - Estes dispositivos são responsáveis pela interligação do monitor 
com o processador. Podemos distinguir as placas gráficas, de acordo com as suas 
características, tais como, o número de cores, a resolução e a capacidade de 
memória. 
 
 
 
 
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Impressoras - São dispositivos que permitem imprimir os resultados das operações 
de processamento do computador. Cada impressora tem as suas próprias 
características, associadas ao número de página que imprimem por minuto (ppm), a 
tecnologia da impressão (Laser, Jacto, etc...) e a resolução ou pontos por polegada 
(dpi). Podendo estas também ter scanners incorporadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dispositivos de Entrada/Saída (Mistos) 
 Os dispositivos de entrada/saída permitem a comunicação em ambos os 
sentidos do computador para o utilizador e vice-versa. 
 
Exemplos: 
 Placas de Som - As placas de som são dispositivos que suportam áudio 
digital e MIDI, aumentando a capacidade de gravar e reproduzir sons a partir 
do computador. Com estas podemos ligar ao computador, microfones, 
altifalantes, unidade de leitura de CD, entre outros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Dispositivos de Ligação a Redes - Estes dispositivos permitem ligar um computador 
a uma rede de computadores. Temos, como exemplo, as placas de rede, os 
modems e dispositivos bluetooth. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Touch Screens - São ecrãs sensíveis ao toque onde nos é apresentada a 
informação. São de fácil utilizacão sendo muito utilizados em postos de venda, vindo 
assim subistituir a utilização do mouse. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Placas de captura de TV - São dispositivos que permitem a sintonia de sinais TV e 
rádio. Tem como função converter sinais analógicos em digitais, para poderem ser 
processados pelo computador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.2 Métodos de Entrada e Saída 
 
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E/S por Programa 
Inicialmente a comunicação entre UCP e periféricos era controlada por um conjunto 
especial de instruções de E/S executadas pela própria UCP. Com as controladoras 
(ou interfaces), a UCP podia solicitar o início da transferência de dados à 
controladora e depois a UCP ficava testando o estado do dispositivo para verificar se 
a operação de E/S terminara. Assim, a UCP ficava num loop de espera e teste 
("busy wait"). 
Outra forma foi liberar a UCP para outras tarefas e, a intervalos regulares, testar o 
dispositivo ("polling"). Este esquema viabilizou os primeiros sistemas 
multiprogramáveis, pois no intervalo de tempo entre duas varreduras consecutivas 
do dispositivo (entre dois pollings) a UCP ficava livre para executar outras tarefas. 
O polling ainda hoje é usado, por exemplo, em linhas de comunicação serial. 
São 2 tempos de espera: 
 Polling - é o questionamento ou pedido de acesso que a UCP faz 
à interface de E/S para saber da disponibilidade do dispositivo 
 Transferência dos dados 
Podemos imaginar a situação, fazendo uma analogia com um telefone que não 
tivesse campainha. Seria necessário tirar o fone do gancho periodicamente, para ver 
se alguma comunicação está em curso. No entanto, tal como o telefone, há outro 
meio de resolver esse problema: usar um "sinal de chamada", o que equivale a 
solicitar ao dispositivo que execute uma tarefa e que avise quando tiver terminado; 
enquanto isto, o processador poderia fazer outras coisas. 
E/S com Interrupção 
Neste esquema, a UCP emite a instrução de E/S para a interface e desvia sua 
atenção para executar outra tarefa. A interface verifica o estado do dispositivo e, 
quando este estiver pronto para iniciar a transferência de dados com a UCP, 
a interface envia um "aviso" (interrupção) para a UCP, informando que o periférico 
está "pronto para transmitir". 
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Neste caso, a UCP só ficará ociosa durante o tempo de transferência dos dados. No 
entanto se o programa depender dessa transferência para, por exemplo, executar a 
próxima instrução, a UCP terá que esperar tal como no item 1. 
Observações: 
 
 Interrupções são modificações no fluxo de controle causadas por uma ação 
externa, geralmente relacionada à Entrada ou Saída. Uma interrupção é um 
sinal de controle enviado por um agente externo (um dispositivo) ao 
microprocessador, quando um determinado evento é detectado. A interrupção 
é um sinal de hardware. 
 
Este mecanismo força o processador a tratar o evento externo. 
 A detecção de uma interrupção faz com que o processador transfira o controle 
para uma rotina de tratamento de interrupção ("interrupt handler"). 
 A rotina de tratamento de interrupções faz o processador executar as 
seguintes ações: 
 Detectar a fonte da interrupção (o dispositivo que interrompeu), 
 Executar as ações apropriadas (que dependem do dispositivo) e finalmente 
 Retornar ao ponto do programa em que estava quando iniciou o atendimento 
à interrupção. 
Interrupções de Software ("Traps"Ou "Exceptions") 
 
Interrupções de software são devidas a: 
 Algum evento gerado pela execução de uma instrução, como por exemplo 
uma divisão por zero, overflow, código de operação inválido, tentativa de 
acesso a uma área de memória protegida ou inexistente, etc ou 
 A um evento programado. 
 
Prioridades e Mascaramento das Interrupções 
Pode ocorrer que um ou mais dispositivos enviem sinal de interrupção 
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simultaneamente ao processador. Neste caso, o processador atenderá 
primeiramente ao dispositivo de mais alta PRIORIDADE. 
 São prioritárias para atendimento as interrupções devidas a: 
 Emergências de hardware, tais como atendimento a reset (reinicialização) e 
erros de hardware (erro de paridade de memória, etc.); 
 Eventos de alta prioridade 
 E/S de dispositivos de alta velocidade 
 Durante o atendimento a uma interrupção, o processador não poderá 
simultaneamente atender a outra interrupção. Para evitar essa situação, 
existe o recurso de habilitar / desabilitar as interrupções, de forma que o 
processador, ao iniciar o atendimento a uma interrupção, DESABILITA as 
demais interrupções e, ao terminar o atendimento, volta a habilitar todas as 
interrupções. Algumas interrupções não são MASCARÁVEIS (isto é, não 
podem ser desabilitadas), tais como os erros de hardware e reset. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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DMA ou Acesso Direto à Memória (implementada na controladora) 
Nesse estágio da tecnologia,um problema permanecia insolúvel: toda transferência 
de dados entre memória e periféricos exigia a intervenção da UCP. A técnica de 
DMA (Acesso Direto à Memória ou, em inglês, Direct Memory Access) permite que 
dados sejam transferidos entre a memória e periféricos, ocorrendo intervenção da 
UCP apenas no início e ao final da transferência. 
Considerações 
Quando a UCP deseja ler ou gravar algum bloco de dados em um dispositivo de 
E/S, a UCP envia um comando específico para o controlador DMA. Este comando 
contém: 
 Tipo de tarefa a ser efetuada (E/S) 
 Endereço do dispositivo desejado 
 Endereço inicial da MP onde o bloco de dados será lido ou gravado 
 Quantidade de bytes a serem lidos ou gravados (tamanho do bloco de dados)
 
Durante uma transferência DMA, a UCP fica liberada para efetuar outras tarefas. Ao 
completar a operação de transferência, o controlador DMA envia um sinal para a 
UCP (uma interrupção) avisando que a transferência foi completada e os dados 
estão disponíveis. A área de memória utilizada pelo controlador na técnica de DMA é 
chamada 'buffer'. 
 
O controlador DMA pode assumir temporariamente o controle do barramento do 
sistema. Para isso, será necessário que a UCP suspenda o acesso ao barramento. 
O barramento de dados do sistema é usado para transferir instruções e dados, tanto 
pela UCP quanto pelos controladores de E/S. Desta forma, quando em um 
determinado instante existir concorrência entre um dispositivo DMA e a UCP pela 
utilização do barramento, será necessário que um controlador (chamado arbitrador 
ou árbitro de barramento) controle o acesso ao barramento, determinando qual 
dispositivo terá prioridade para acessar o barramento. 
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Ao contrário do que poderia parecer óbvio, a prioridade geralmente é para 
dispositivos como a unidade de disco magnético, porque sendo um dispositivo com 
partes móveis que não podem ser paradas, submetê-los a espera poderia em alguns 
casos causar perda de dados. Se a UCP em um dado instante não tem concorrência 
pelo acesso ao barramento, todos os ciclos do barramento podem ser usados pela 
UCP para acesso à memória. 
 
No entanto, quando algum dispositivo estiver requerendo acesso ao barramento, 
ocorrerá roubo de ciclos do barramento para possibilitar a transferência dos dados 
do dispositivo, o que ocasiona perda de desempenho do computador. 
CAPÍTULO 6 
CPU 
 
A unidade central de processamento ou CPU (Central Processing Unit), também 
conhecido como processador, é a parte de um sistema computacional, que realiza 
as instruções de um programa de computador, para executar a aritmética básica, 
lógica, e a entrada e saída de dados. A CPU tem papel parecido ao cérebro no 
computador. O termo vem sendo usado desde o início de 1960. A forma, desenho e 
implementação mudaram drasticamente desde os primeiros exemplos, porém o seu 
funcionamento fundamental permanece o mesmo. 
As primeiras CPUs personalizadas foram concebidas como parte de um computador 
maior. No entanto, este método caro de fazer CPUs personalizadas para uma 
determinada aplicação rumou para o desenvolvimento de processadores produzidos 
em massa que são feitas para um ou vários propósitos. Esta tendência de 
padronização em geral começou na época de discretos minicomputadores e 
mainframes transístores e acelerou rapidamente com a popularização dos circuitos 
integrados (CI). 
Os CI têm permitido processadores cada vez mais complexos para serem 
concebidos e fabricados em tamanhos da ordem de nanômetros. Tanto a 
miniaturização como a padronização dos processadores têm aumentado a presença 
destes dispositivos digitais na vida moderna, muito além da aplicação limitada 
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dedicada a computadores. Os microprocessadores modernos aparecem em tudo, 
desde automóveis até celulares e brinquedos para crianças. 
Em máquinas grandes, CPUs podem exigir uma ou mais placas de circuito impresso. 
Em computadores pessoais e estações de trabalho de pequeno porte, a CPU fica 
em um único chip de silício chamado de microprocessador. Desde 1970 a classe de 
microprocessadores de CPUs quase completamente ultrapassado todas as 
implementações de outra CPU. CPUs modernos são circuitos integrados de grande 
escala em pequenos pacotes retangulares, com vários pinos de conexão. 
Um CPU é composto basicamente, pela maioria dos autores, pelos três seguintes 
componentes: 
 Unidade lógica e aritmética (ULA ou ALU): executa operações lógicas e 
aritméticas; 
 Unidade de controle: decodifica instruções, busca operandos, controla o 
ponto de execução e desvios; 
 Registradores: armazenar dados para o processamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.1 Unidade aritmética e lógica 
A unidade lógica e aritmética (ULA) ou em inglês Arithmetic Logic Unit (ALU) é um 
circuito digital que realiza operações lógicas e aritméticas. A ULA é uma peça 
fundamental da unidade central de processamento (CPU), e até dos mais simples 
microprocessadores. É na verdade, uma "grande calculadora eletrônica" do tipo 
desenvolvido durante a II Guerra Mundial, e sua tecnologia já estava disponível 
quando os primeiros computadores modernos foram construídos. 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Unidade_de_controle
https://pt.wikipedia.org/wiki/Registrador_%28inform%C3%A1tica%29
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O matemático John von Neumann propôs o conceito de ULA em 1945, quando 
escreveu um relatório sobre os fundamentos para um novo computador chamado 
EDVAC. Pesquisas sobre ULAs ainda são uma parte importante da ciência da 
computação. 
A tecnologia utilizada foi inicialmente relés, herança da telefonia, e posteriormente 
válvulas, herança da radiofonia. Com o aparecimento dos transistores, e depois dos 
circuitos integrados, os circuitos da unidade aritmética e lógica passaram a ser 
implementados com a tecnologia de semi-condutores. 
A ULA executa as principais operações lógicas e aritméticas do computador. Ela 
soma, subtrai, divide, determina se um número é positivo ou negativo ou se é zero. 
Além de executar funções aritméticas, uma ULA deve ser capaz de determinar se 
uma quantidade é menor ou maior que outra e quando quantidades são iguais. A 
ULA pode executar funções lógicas com letras e com números. 
 
 
 
 
 
 
Um símbolo esquemático típico para uma ULA, onde "A" e "B" são operandos, "R" é a saída, "F" é à 
entrada da unidade de controle e "D" é a saída de status. 
 
6.2 Unidade de controle e microprogramação 
A unidade de controle micro-programada é hoje em dia uma miniatura de 
computador que pode ser programada com sequência de bits. 
A unidade de controle micro-programada é utilizada para se desenvolver a 
implementação de complexas instruções que não podem ser implementadas e forma 
de hardware. 
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O inventor da micro-programação foi Maurice Wilkes em 1953, na Inglaterra. Sua 
ideia era de criar uma unidade de controle mais fácil de se projetar e mais flexível. A 
utilização da unidade de controle micro-programada tem algumas vantagens: 
 Um computador base, que use a micro-programação pode emular outro 
computador. 
 Uma instrução pode ser desenvolvida e ser utilizada em diferentes modelos 
de hardware 
A IBM reconheceu a importância da unidade de controle micro-programada e 
implementou no computador IBM 360 em abril de 1964. Todos os modelos desta 
família de computadores contavam com uma memória de controle rápida e barata, a 
qual estava micro-programada. Isto se tornou um grande sucesso a família IBM e 
desde então a micro-programação ficou popular em todo o mundo. 
Micro-arquitetura 
Estrutura